运动鞋底的吱吱响其实充满了闪电，这项研究竟能登上《自然》
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原创 环球科学 2026-11-05 21:23 浙江 用粘滑现象解释鞋底吱吱响其实还不够。 这张图片能让你联想起吱吱的声音吗？图片来源： unsplash 《环球科学》2027年订阅季终于来啦！快来直播间抢福利吧！ 11月06日（周五）晚20:00，锁定“环球科学”视频号直播间，全年订阅即享超值优惠，加送杂志周边+英语提升多重好礼！ 活动仅限直播独享，赶紧点击按钮【预约】直播吧！ 撰文 | 王昱 审校 | 不周 每次围观篮球比赛时，你肯定会留意到球员鞋底尖锐的吱吱声。橡胶鞋底在光滑的地板上摩擦摩擦，有些球员甚至会用这种声音，来判断对手踩出了怎样魔鬼般的步伐。 但就算是这种常见的现象，科学家也没能完全弄明白其中的奥秘。这些声音当然来自橡胶鞋底和光滑地板之间的摩擦，但 “摩擦”这个词本身就是一系列复杂概念的集 合 。 和篮球鞋摩擦木地板类似的，还有粉笔末擦黑板、自行车刹车时的尖锐异响等，这些声音都源自摩擦里的一个分支：粘滑现象。然而，即使用粘滑现象，也不足以解释球鞋和地板之间的摩擦。今年2月，一篇发表在 《自然》 （ Nature ）上的论文发现， 在描述鞋底摩擦时，粘滑现象还是显得太概括、太粗糙了 。 为了 Nature 疯狂摩擦中。视频来源：Djellouli, A., Albertini, G., Wilt, J. et al. Squeaking at soft–rigid frictional interfaces. Nature 650 , 891–897 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10132-3 粘滑现象 在粘滑现象中，两个相互接触的物体最开始相对静止，但却有一个力不断推着其中一方向前进，当力逐渐增大，超过两者之间的静摩擦时，两者就会开始相互滑动。但随后这个力会减小，两者再次保持静止，所以摩擦力会随时间呈现锯齿状的变化。 运动机构以速度V，通过一个弹簧R拉着滑块在有摩擦的地面上向左运动。静摩擦力上限大于动摩擦时，会出现粘滞-滑动的循环，这就是粘滑现象。图片来源：wikipedia 在粘滑现象中，粘滞-滑动往往会形成规律性的循环，所以在撕胶带时，往往能看到胶带是一节一节撕开的。并且，由于每次从静止到滑动的切换，都快速释放了在静止阶段积累的势能， 这一阶段的某些“数值”往往看着都比较离谱，也能在这一瞬间引起一些奇特的现象 。 快速撕胶带时会发生超音速的侧向移动。视频来源：《物理评论快报》/美国物理学会 比如，一篇2019年发表于 《物理评论快报》 （ Physical Review Letters ）的论文表明，在快速撕胶带的过程中，胶带并非整齐地被拉开。高速摄影机记录下的画面显示，当粘滑现象中的滑动过程发生时， 胶带剥离处会以650～900米/秒的速度侧向移动，甚至超过了战斗机的飞行速度 。也正因如此，撕胶带的声音才会如此刺耳。毕竟，每一次释放能量，胶带都会发出微小的超音速冲击波，让我们的耳朵接连不断地受到音爆冲击。 鞋底接触面 但鞋底的摩擦比撕胶带时的摩擦要更复杂一些，因为鞋底具有复杂的防滑花纹。某条花纹可能还在地板处在粘滞状态，另一部分花纹可能已经进入了滑动状态。而且，它们之间还可能相互影响。所以，如果想从粘滑现象更进一步研究这个问题， 研究者就需要清楚地知道，鞋底的哪些地方真正贴着玻璃，哪些地方正在短暂离开 。 这些复杂的花纹还会带来实际观测的困难，研究人员当然可以将地板换成透明玻璃，用普通摄像机从下向上拍摄鞋底和地板之间的摩擦。但是，这种方法却很难区分鞋底“贴住玻璃”和“离开一点点”的区别。 在今年2月的《自然》论文中，研究人员用 全内反射技术 ，解决了这个问题。在研究人员搭建的设备中，依然选用玻璃作为地板，但与此同时，他们还会向玻璃中打入一束特定角度的激光。激光的入射角度恰巧能让它在玻璃内发生全反射。 当鞋底和玻璃接触时，原本的玻璃-空气界面就会被玻璃-橡胶界面取代，不再满足光线全反射的条件，就会有部分光发生散射。当鞋底再脱离玻璃时，玻璃-橡胶界面又回变会玻璃-空气界面。因此， 这套实验装置对鞋底究竟有没有接触玻璃非常敏感，观测精度也足够高，适合定量分析 。 实验设置利用全内反射技术，能更清楚的分辨鞋底究竟哪些部分 “贴住玻璃”，哪些部分“离开一点点”。图片来源：Djellouli, A., Albertini, G., Wilt, J. et al. Squeaking at soft–rigid frictional interfaces. Nature 650 , 891–897 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10132-3 有了这套装置，再结合高速摄像机观测，研究人员发现。运动鞋底其实